Tehopuolijohdelaitteita käytetään laajalti teollisuudessa, kulutuksessa, sotilas- ja muilla aloilla, ja niillä on korkea strateginen asema. Katsotaanpa yleiskuvaa teholaitteista kuvasta:
Tehopuolijohdelaitteet voidaan jakaa täysityyppisiin, puoliohjattuihin ja ei-ohjattaviin tyyppeihin piirisignaalien ohjausasteen mukaan. Tai ohjauspiirin signaaliominaisuuksien mukaan se voidaan jakaa jännitekäyttöiseen tyyppiin, virtakäyttöiseen tyyppiin jne.
| Luokitus | tyyppi | Erityiset tehopuolijohdelaitteet |
| Sähköisten signaalien ohjattavuus | Puoliohjattu tyyppi | SCR |
| Täysi hallinta | GTO, GTR, MOSFET, IGBT | |
| Hallitsematon | Teho diodi | |
| Ajosignaalin ominaisuudet | Jännitekäyttöinen tyyppi | IGBT, MOSFET, SITH |
| Nykyinen ajettava tyyppi | SCR, GTO, GTR | |
| Tehokas signaalin aaltomuoto | Pulssilaukaisimen tyyppi | SCR, GTO |
| Elektroninen ohjaustyyppi | GTR, MOSFET, IGBT | |
| Tilanteet, joissa virtaa kuljettavat elektronit osallistuvat | bipolaarinen laite | Virtadiodi, SCR, GTO, GTR, BSIT, BJT |
| Yksinapainen laite | MOSFET, ITU | |
| Komposiitti laite | MCT, IGBT, SITH ja IGCT |
Eri tehopuolijohdelaitteilla on erilaiset ominaisuudet, kuten jännite, virtakapasiteetti, impedanssikyky ja koko. Varsinaisessa käytössä sopivat laitteet on valittava eri alojen ja tarpeiden mukaan.
Puolijohdeteollisuus on käynyt läpi kolme sukupolvea aineellisia muutoksia syntymästään lähtien. Tähän asti Si:n edustamaa ensimmäistä puolijohdemateriaalia on edelleen käytetty pääasiassa tehopuolijohdelaitteiden alalla.
| Puolijohdemateriaali | Bandgap (eV) | Sulamispiste (K) | pääsovellus | |
| Ensimmäisen sukupolven puolijohdemateriaalit | Ge | 1.1 | 1221 | Matalajännitteiset, matalataajuiset, keskitehoiset transistorit, valoilmaisimet |
| 2. sukupolven puolijohdemateriaalit | Si | 0.7 | 1687 | |
| 3. sukupolven puolijohdemateriaalit | GaAs | 1.4 | 1511 | Mikroaaltouuni, millimetriaaltolaitteet, valoa lähettävät laitteet |
| SiC | 3.05 | 2826 | 1. Korkean lämpötilan, korkean taajuuden, säteilynkestävät suuritehoiset laitteet 2. Siniset, laadukkaat, violetit valodiodit, puolijohdelaserit | |
| GaN | 3.4 | 1973 | ||
| AIN | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | ＞ 3800 | ||
| ZnO | 3.37 | 2248 | ||
Tee yhteenveto puoliohjattujen ja täysin ohjattujen teholaitteiden ominaisuuksista:
| Laitteen tyyppi | SCR | GTR | MOSFET | IGBT |
| Ohjaustyyppi | Pulssin liipaisin | Nykyinen ohjaus | jännitteen ohjaus | elokuvakeskus |
| itsestään sulkeutuva linja | Kommutoinnin sammutus | itsesammuttava laite | itsesammuttava laite | itsesammuttava laite |
| työtaajuutta | ＜ 1 khz | ＜ 30 khz | 20khz-Mhz | ＜ 40 khz |
| Ajovoimaa | pieni | iso | pieni | pieni |
| kytkentähäviöt | iso | iso | iso | iso |
| johtavuuden menetys | pieni | pieni | iso | pieni |
| Jännite ja virtataso | 最大 | iso | minimi | lisää |
| Tyypillisiä sovelluksia | Keskitaajuinen induktiolämmitys | UPS-taajuusmuuttaja | kytkentävirtalähde | UPS-taajuusmuuttaja |
| hinta | alhaisin | alentaa | keskellä | Kaikkein kallein |
| konduktanssin modulaatiovaikutus | on | on | ei yhtään | on |
Tutustu MOSFETeihin
MOSFET:llä on korkea tuloimpedanssi, alhainen kohina ja hyvä lämmönkestävyys; sillä on yksinkertainen valmistusprosessi ja voimakas säteily, joten sitä käytetään yleensä vahvistinpiireissä tai kytkentäpiireissä;
(1) Tärkeimmät valintaparametrit: nielulähdejännite VDS (kestojännite), ID jatkuva vuotovirta, RDS(on) on-resistanssi, Ciss-tulokapasitanssi (liitoskapasitanssi), laatutekijä FOM=Ron*Qg jne.
(2) Eri prosessien mukaan se jaetaan TrenchMOS:iin: kaivannon MOSFET, pääasiassa pienjännitekentässä 100 V:n sisällä; SGT (Split Gate) MOSFET: split gate MOSFET, pääasiassa keski- ja matalajännitekentässä 200V; SJ MOSFET: superliitos MOSFET, pääasiassa korkeajännitekentässä 600-800V;
Hakkuriteholähteessä, kuten avoimessa virtapiirissä, nielu on kytketty kuormaan ehjänä, jota kutsutaan avoimeksi. Avoimessa virtapiirissä kuormitusvirta voidaan kytkeä päälle ja pois riippumatta siitä, kuinka korkealla jännitteellä kuorma on kytketty. Se on ihanteellinen analoginen kytkinlaite. Tämä on MOSFETin periaate kytkinlaitteena.
Markkinaosuudella mitattuna MOSFETit ovat lähes kaikki keskittyneet suurten kansainvälisten valmistajien käsiin. Niistä Infineon osti IR:n (American International Rectifier Company) vuonna 2015 ja nousi alan johtavaksi. ON Semiconductor sai myös päätökseen Fairchild Semiconductorin hankinnan syyskuussa 2016. , markkinaosuus hyppäsi toiselle sijalle, ja sitten myynnin rankingissa olivat Renesas, Toshiba, IWC, ST, Vishay, Anshi, Magna jne.;
Valtavirran MOSFET-merkit on jaettu useisiin sarjoihin: amerikkalainen, japanilainen ja korealainen.
Amerikkalaiset sarjat: Infineon, IR, Fairchild, ON Semiconductor, ST, TI, PI, AOS jne.;
japani: Toshiba, Renesas, ROHM jne.;
Korean sarjat: Magna, KEC, AUK, Morina Hiroshi, Shinan, KIA
MOSFET-pakettien luokat
Sen mukaan, miten se on asennettu piirilevylle, MOSFET-paketteja on kahta päätyyppiä: plug-in (Through Hole) ja pinta-asennus (Surface Mount). >
Plug-in-tyyppi tarkoittaa, että MOSFETin nastat kulkevat piirilevyn kiinnitysreikien läpi ja hitsataan piirilevyyn. Yleisiä laajennuspaketteja ovat: dual in-line -paketti (DIP), transistor outline -paketti (TO) ja pin grid array -paketti (PGA).
Plug-in pakkaus
Pinta-asennuksessa MOSFET-nastat ja lämmönpoistolaippa hitsataan piirilevyn pinnalla oleviin tyynyihin. Tyypillisiä pinta-asennuspaketteja ovat: transistori ääriviiva (D-PAK), pieni ääriviivatransistori (SOT), pieni ääriviivapaketti (SOP), nelitasoinen paketti (QFP), muovinen lyijyllinen sirupidike (PLCC) jne.
pinta-asennuspaketti
Teknologian kehittymisen myötä PCB-levyt, kuten emolevyt ja näytönohjaimet, käyttävät tällä hetkellä yhä vähemmän suoria plug-in-pakkauksia, ja pinta-asennuspakkauksia käytetään enemmän.
1. Dual in-line -paketti (DIP)
DIP-paketissa on kaksi riviä nastat ja ne on työnnettävä DIP-rakenteella varustettuun sirupesään. Sen johtamismenetelmä on SDIP (Shrink DIP), joka on kutistettava double-in-line -paketti. Nastan tiheys on 6 kertaa suurempi kuin DIP:n.
DIP-pakkausrakennemuotoja ovat: monikerroksinen keraaminen dual-in-line DIP, yksikerroksinen keraaminen dual-in-line DIP, lyijykehys DIP (mukaan lukien lasikeraaminen tiivistystyyppi, muovinen kapselointirakenne, keraaminen matalassa lämpötilassa sulava lasikapselointi tyyppi) jne. DIP-pakkauksen ominaisuus on, että se pystyy helposti toteuttamaan piirilevyjen läpireiän hitsauksen ja se on hyvä yhteensopivuus emolevyn kanssa.
Kuitenkin, koska sen pakkauspinta-ala ja paksuus ovat suhteellisen suuret ja nastat vaurioituvat helposti kiinnitys- ja irrotusprosessin aikana, luotettavuus on huono. Samaan aikaan prosessin vaikutuksesta nastojen määrä ei yleensä ylitä 100:aa. Siksi elektroniikkateollisuuden korkean integraation prosessissa DIP-pakkaukset ovat vähitellen vetäytyneet historian vaiheesta.
2. Transistor Outline Package (TO)
Varhaiset pakkausspesifikaatiot, kuten TO-3P, TO-247, TO-92, TO-92L, TO-220, TO-220F, TO-251 jne. ovat kaikki plug-in-pakkausmalleja.
TO-3P/247: Se on yleisesti käytetty pakkausmuoto keskikorkeajännite- ja suurvirta-MOSFET:ille. Tuotteella on korkea jännitteenkesto ja vahva läpilyöntivastus.
TO-220/220F: TO-220F on täysmuovipaketti, eikä eristystyynyä tarvitse lisätä, kun se asennetaan jäähdyttimeen; TO-220:ssa on metallilevy, joka on kytketty keskitappiin, ja jäähdyttimen asennuksessa tarvitaan eristystyyny. Näiden kahden pakettityylin MOSFETeillä on samanlainen ulkonäkö ja niitä voidaan käyttää vaihtokelpoisesti.
TO-251: Tätä pakattua tuotetta käytetään pääasiassa kustannusten ja tuotteen koon pienentämiseen. Sitä käytetään pääasiassa ympäristöissä, joissa keskijännite ja korkea virta on alle 60 A ja korkea jännite alle 7 N.
TO-92: Tätä pakettia käytetään vain pienjännitteisille MOSFET:ille (virta alle 10 A, kestojännite alle 60 V) ja korkeajännitteelle 1N60/65 kustannusten vähentämiseksi.
Viime vuosina pistokepakkausprosessin korkeiden hitsauskustannusten ja patch-tyyppisten tuotteiden huonomman lämmönpoistokyvyn vuoksi kysyntä pinta-asennusmarkkinoilla on jatkanut kasvuaan, mikä on myös johtanut TO-pakkausten kehittämiseen. pinta-asennuspakkauksiin.
TO-252 (kutsutaan myös D-PAK:ksi) ja TO-263 (D2PAK) ovat molemmat pinta-asennuspaketteja.
TO paketoida tuotteen ulkonäkö
TO252/D-PAK on muovinen sirupaketti, jota käytetään yleisesti tehotransistorien ja jännitteen stabilointisirujen pakkaamiseen. Se on yksi nykyisistä valtavirran paketeista. Tätä pakkausmenetelmää käyttävässä MOSFETissä on kolme elektrodia, portti (G), tyhjennys (D) ja lähde (S). Tyhjennystappi (D) on leikattu pois, eikä sitä käytetä. Sen sijaan takana olevaa jäähdytyselementtiä käytetään viemärinä (D), joka hitsataan suoraan piirilevyyn. Toisaalta sitä käytetään suurten virtojen tuottamiseen, ja toisaalta se haihduttaa lämpöä piirilevyn läpi. Siksi piirilevyssä on kolme D-PAK-tyynyä, ja tyhjennys (D) on suurempi. Sen pakkaustiedot ovat seuraavat:
TO-252/D-PAK pakkauskoon tiedot
TO-263 on muunnos TO-220:sta. Se on pääasiassa suunniteltu parantamaan tuotannon tehokkuutta ja lämmönpoistoa. Se tukee erittäin suurta virtaa ja jännitettä. Se on yleisempi keskijännitteisissä suurvirta-MOSFETeissa, joiden jännite on alle 150 A ja yli 30 V. D2PAK:n (TO-263AB) lisäksi se sisältää myös TO263-2, TO263-3, TO263-5, TO263-7 ja muita tyylejä, jotka ovat alisteisia TO-263:lle, pääasiassa nastajen erilaisen lukumäärän ja etäisyyden vuoksi. .
TO-263/D2PAK pakkauskoon erittelys
3. Pin grid array -paketti (PGA)
PGA-sirun (Pin Grid Array Package) sisällä ja ulkopuolella on useita neliön muotoisia nastaja. Jokainen neliömäinen taulukon tappi on järjestetty tietylle etäisyydelle sirun ympärille. Tapien lukumäärästä riippuen se voidaan muodostaa 2-5 ympyräksi. Aseta siru asennuksen aikana vain erityiseen PGA-liitäntään. Sen etuna on helppo kytkeminen ja irrottaminen sekä korkea luotettavuus, ja se voi mukautua korkeampiin taajuuksiin.
PGA-paketin tyyli
Suurin osa sen lastusubstraateista on valmistettu keraamisesta materiaalista, ja jotkin käyttävät alustana erityistä muovihartsia. Teknisesti nastan keskietäisyys on yleensä 2,54 mm ja nastojen lukumäärä vaihtelee välillä 64 - 447. Tämän tyyppisen pakkauksen ominaisuus on, että mitä pienempi pakkauspinta-ala (tilavuus), sitä pienempi virrankulutus (suorituskyky) ) se kestää ja päinvastoin. Tämä sirujen pakkaustyyli oli yleisempi alkuaikoina, ja sitä käytettiin enimmäkseen paljon virtaa kuluttavien tuotteiden, kuten prosessorien, pakkaamiseen. Esimerkiksi Intelin 80486 ja Pentium käyttävät tätä pakkaustyyliä; MOSFET-valmistajat eivät ota sitä laajalti käyttöön.
4. Small Outline Transistor Package (SOT)
SOT (Small Out-Line Transistor) on patch-tyyppinen pieni tehotransistoripaketti, joka sisältää pääasiassa SOT23, SOT89, SOT143, SOT25 (eli SOT23-5) jne. SOT323, SOT363/SOT26 (eli SOT23-6) ja muut tyypit ovat johdettu, jotka ovat kooltaan pienempiä kuin TO-paketit.
SOT-pakettityyppi
SOT23 on yleisesti käytetty transistoripaketti, jossa on kolme siivenmuotoista nastaa, nimittäin kollektori, emitteri ja kanta, jotka on listattu komponentin pitkän sivun molemmille puolille. Niiden joukossa emitteri ja kanta ovat samalla puolella. Ne ovat yleisiä pienitehoisissa transistoreissa, kenttätransistoreissa ja komposiittitransistoreissa vastusverkoilla. Niillä on hyvä lujuus, mutta huono juotettavuus. Ulkonäkö on esitetty alla olevassa kuvassa (a).
SOT89:ssä on kolme lyhyttä nastaa, jotka on jaettu transistorin toiselle puolelle. Toinen puoli on metallinen jäähdytyselementti, joka on yhdistetty alustaan lämmönpoistokyvyn lisäämiseksi. Se on yleinen piitehopinta-asennustransistoreissa ja soveltuu tehokkaampiin sovelluksiin. Ulkonäkö on esitetty alla olevassa kuvassa (b).
SOT143:ssa on neljä lyhyttä siivenmuotoista tappia, jotka johdetaan ulos molemmilta puolilta. Tapin leveämpi pää on keräin. Tämäntyyppinen paketti on yleinen suurtaajuisissa transistoreissa, ja sen ulkonäkö on esitetty alla olevassa kuvassa (c).
SOT252 on suuritehoinen transistori, jonka yhdeltä puolelta johtaa kolme nastaa ja keskimmäinen nasta on lyhyempi ja on kollektori. Liitä toisessa päässä olevaan suurempaan tappiin, joka on kuparilevy lämmönpoistoa varten, ja sen ulkonäkö on alla olevan kuvan (d) mukainen.
Yleinen SOT-paketin ulkoasun vertailu
Emolevyissä käytetään yleisesti nelinapaista SOT-89 MOSFETiä. Sen tekniset tiedot ja mitat ovat seuraavat:
SOT-89 MOSFET-koon tiedot (yksikkö: mm)
5. Small Outline Package (SOP)
SOP (Small Out-Line Package) on yksi pinta-asennuspaketteista, jota kutsutaan myös SOL:ksi tai DFP:ksi. Neulat vedetään ulos pakkauksen molemmilta puolilta lokin siiven muotoon (L-muotoinen). Materiaalit ovat muovia ja keramiikkaa. SOP-pakkausstandardeja ovat SOP-8, SOP-16, SOP-20, SOP-28 jne. SOP:n perässä oleva numero ilmaisee nastajen määrän. Useimmat MOSFET SOP -paketit käyttävät SOP-8-spesifikaatioita. Toimiala jättää usein pois "P" ja lyhentää sen nimellä SO (Small Out-Line).
SOP-8 pakkauskoko
SO-8 kehitti ensimmäisenä PHILIP Company. Se on pakattu muoviin, siinä ei ole lämpöä hajottavaa pohjalevyä ja sen lämmönpoisto on huono. Sitä käytetään yleensä pienitehoisissa MOSFET-yksiköissä. Myöhemmin standardimääritykset, kuten TSOP (Thin Small Outline Package), VSOP (Very Small Outline Package), SSOP (Shrink SOP), TSSOP (Thin Shrink SOP) jne. johdettiin vähitellen; Niistä TSOP ja TSSOP ovat yleisesti käytössä MOSFET-pakkauksissa.
SOP-pohjaiset tekniset tiedot, joita käytetään yleisesti MOSFETeissä
6. Quad Flat Package (QFP)
QFP (Plastic Quad Flat Package) -pakkauksen sirutappien välinen etäisyys on hyvin pieni ja tapit ovat erittäin ohuita. Sitä käytetään yleensä suuressa mittakaavassa tai erittäin suurissa integroiduissa piireissä, ja nastojen määrä on yleensä yli 100. Tähän muotoon pakattujen sirujen on käytettävä SMT-pinta-asennustekniikkaa sirun juottamiseen emolevyyn. Tällä pakkausmenetelmällä on neljä pääominaisuutta: ① Se soveltuu SMD-pinta-asennustekniikkaan johdotuksen asentamiseen PCB-piirilevyille; ② Se sopii korkeataajuiseen käyttöön; ③ Se on helppokäyttöinen ja sillä on korkea luotettavuus; ④ Sirualueen ja pakkausalueen välinen suhde on pieni. Kuten PGA-pakkausmenetelmä, tämä pakkausmenetelmä kääri sirun muovipakkaukseen, eikä se voi haihduttaa sirun toimiessa syntyvää lämpöä oikea-aikaisesti. Se rajoittaa MOSFET-suorituskyvyn parantamista; ja muovipakkaus itsessään kasvattaa laitteen kokoa, mikä ei täytä puolijohteiden kehittämisen vaatimuksia kevyen, ohuen, lyhyen ja pienen suuntaan. Lisäksi tämäntyyppinen pakkausmenetelmä perustuu yhteen siruun, jonka ongelmana on alhainen tuotantotehokkuus ja korkeat pakkauskustannukset. Siksi QFP soveltuu paremmin käytettäväksi digitaalisissa logiikan LSI-piireissä, kuten mikroprosessoreissa/porttiryhmissä, ja se soveltuu myös analogisten LSI-piirituotteiden, kuten VTR-signaalinkäsittelyn ja äänisignaalinkäsittelyn, pakkaamiseen.
7、Nelitasoinen paketti ilman johtoja (QFN)
QFN (Quad Flat Non-Leaded package) -paketti on varustettu elektrodikoskettimilla kaikilla neljällä sivulla. Koska johtoja ei ole, asennusalue on pienempi kuin QFP ja korkeus pienempi kuin QFP. Niistä keraamista QFN:ää kutsutaan myös nimellä LCC (Leadless Chip Carriers), ja edullista muovista QFN:ää, jossa käytetään lasiepoksihartsilla painettua substraattipohjamateriaalia, kutsutaan muoviksi LCC:ksi, PCLC:ksi, P-LCC:ksi jne. Se on uusi pinta-asennuslastupakkaus. tekniikka, jossa on pieni tyynykoko, pieni tilavuus ja muovi tiivistemateriaalina. QFN:ää käytetään pääasiassa integroitujen piirien pakkaamiseen, eikä MOSFETiä käytetä. Koska Intel kuitenkin ehdotti integroitua ajuria ja MOSFET-ratkaisua, se lanseerasi DrMOS:n QFN-56-paketissa ("56" tarkoittaa 56:ta liitäntänastaa sirun takana).
On syytä huomata, että QFN-paketissa on sama ulkoinen johtokokoonpano kuin ultra-thin small outline -paketissa (TSSOP), mutta sen koko on 62 % pienempi kuin TSSOP. QFN-mallinnustietojen mukaan sen lämpöteho on 55 % korkeampi kuin TSSOP-pakkauksen, ja sen sähköinen suorituskyky (induktanssi ja kapasitanssi) ovat 60 % ja 30 % korkeammat kuin TSSOP-pakkausten. Suurin haittapuoli on, että sitä on vaikea korjata.
DrMOS QFN-56-paketissa
Perinteiset diskreetit DC/DC-askelmaiset hakkuriteholähteet eivät voi täyttää suuremman tehotiheyden vaatimuksia, eivätkä ne voi ratkaista parasiittisten parametrien vaikutusten ongelmaa korkeilla kytkentätaajuuksilla. Teknologian innovaation ja kehityksen myötä on tullut todellisuutta integroida ohjaimia ja MOSFETejä monisiruisten moduulien rakentamiseen. Tämä integrointimenetelmä voi säästää huomattavasti tilaa ja lisätä virrankulutuksen tiheyttä. Ohjainten ja MOSFETien optimoinnin ansiosta siitä on tullut todellisuutta. Tehotehokkuus ja korkealaatuinen tasavirta, tämä on DrMOS-integroitu ohjainpiiri.
Renesas 2. sukupolven DrMOS
Lyijytön QFN-56-paketti tekee DrMOS-lämpöimpedanssista erittäin alhaisen; Sisäisen johdinliitoksen ja kuparikiinnitysrakenteen ansiosta ulkoinen piirilevyjohdotus voidaan minimoida, mikä vähentää induktanssia ja vastusta. Lisäksi syvän kanavan pii-MOSFET-prosessi voi myös vähentää merkittävästi johtumis-, kytkentä- ja hilavaraushäviöitä; se on yhteensopiva useiden säätimien kanssa, voi saavuttaa erilaisia toimintatiloja ja tukee aktiivista vaiheen muunnostilaa APS (Auto Phase Switching). QFN-pakkausten lisäksi bilateral flat no-lead -pakkaus (DFN) on myös uusi elektroninen pakkausprosessi, jota on käytetty laajasti ON Semiconductorin eri komponenteissa. QFN:ään verrattuna DFN:ssä on vähemmän ulostuloelektrodeja molemmilla puolilla.
8, muovinen lyijyllä varustettu sirupidike (PLCC)
PLCC (Plastic Quad Flat Package) on neliön muotoinen ja paljon pienempi kuin DIP-paketti. Siinä on 32 nastaa, joiden ympärillä on tapit. Neulat johdetaan ulos pakkauksen neljältä sivulta T-muotoon. Se on muovituote. Nastan keskietäisyys on 1,27 mm ja nastojen lukumäärä vaihtelee välillä 18-84. J-muotoiset tapit eivät helposti muotoile ja ovat helpompia käyttää kuin QFP, mutta ulkonäön tarkastus hitsauksen jälkeen on vaikeampaa. PLCC-pakkaus soveltuu johdotuksen asentamiseen piirilevylle SMT-pinta-asennustekniikalla. Sen etuna on pieni koko ja korkea luotettavuus. PLCC-pakkaus on suhteellisen yleinen ja sitä käytetään logiikka-LSI-, DLD- (tai ohjelmalogiikkalaitteissa) ja muissa piireissä. Tätä pakkausmuotoa käytetään usein emolevyn BIOSissa, mutta tällä hetkellä se on vähemmän yleinen MOSFETeissä.
Kapselointi ja parantaminen valtavirran yrityksille
Prosessorien alhaisen jännitteen ja suuren virran kehitystrendin vuoksi MOSFETeiltä vaaditaan suuri lähtövirta, pieni päällekytkentävastus, alhainen lämmöntuotto, nopea lämmöntuotto ja pieni koko. Sirujen tuotantoteknologian ja prosessien parantamisen lisäksi MOSFET-valmistajat jatkavat myös pakkausteknologian parantamista. Yhteensopivuuden perusulkonäkövaatimusten kanssa he ehdottavat uusia pakkausmuotoja ja rekisteröivät tuotemerkkinimiä kehittämilleen uusille pakkauksille.
1、RENESAS WPAK, LFPAK ja LFPAK-I paketit
WPAK on Renesasin kehittämä korkean lämpösäteilyn paketti. D-PAK-pakettia jäljittelemällä sirun jäähdytyselementti hitsataan emolevyyn ja lämpö johdetaan emolevyn läpi, jotta pieni paketti WPAK voi saavuttaa myös D-PAKin lähtövirran. WPAK-D2 sisältää kaksi korkeaa/matala-MOSFETiä johdotuksen induktanssin vähentämiseksi.
Renesas WPAK paketin koko
LFPAK ja LFPAK-I ovat kaksi muuta pientä muototekijäpakettia, jotka Renesas on kehittänyt ja jotka ovat yhteensopivia SO-8:n kanssa. LFPAK on samanlainen kuin D-PAK, mutta pienempi kuin D-PAK. LFPAK-i sijoittaa jäähdytyselementin ylöspäin haihduttamaan lämpöä jäähdytyselementin läpi.
Renesas LFPAK ja LFPAK-I paketit
2. Vishay Power-PAK ja Polar-PAK pakkaukset
Power-PAK on Vishay Corporationin rekisteröimä MOSFET-paketin nimi. Power-PAK sisältää kaksi eritelmää: Power-PAK1212-8 ja Power-PAK SO-8.
Vishay Power-PAK1212-8 paketti
Vishay Power-PAK SO-8 paketti
Polar PAK on pieni pakkaus, jossa on kaksipuolinen lämmönpoisto ja yksi Vishayn ydinpakkaustekniikoista. Polar PAK on sama kuin tavallinen so-8-paketti. Siinä on hajoamispisteitä sekä pakkauksen ylä- että alapuolella. Lämmön kerääntyminen pakkauksen sisään ei ole helppoa ja se voi nostaa käyttövirran virrantiheyden kaksinkertaiseksi SO-8:aan verrattuna. Tällä hetkellä Vishay on lisensoinut Polar PAK -teknologiaa STMicroelectronicsille.
Vishay Polar PAK paketti
3. Onsemi SO-8 ja WDFN8 litteät lyijypaketit
ON Semiconductor on kehittänyt kahden tyyppisiä litteät MOSFETit, joista SO-8-yhteensopivia litteitä lyijyjä käytetään monissa korteissa. ON Semiconductorin äskettäin lanseeratut NVMx- ja NVTx-teho-MOSFETit käyttävät kompakteja DFN5- (SO-8FL)- ja WDFN8-paketteja johtavuushäviöiden minimoimiseksi. Siinä on myös alhainen QG ja kapasitanssi ajurin häviöiden minimoimiseksi.
ON Semiconductor SO-8 Flat Lead -paketti
ON Semiconductor WDFN8 -paketti
4. NXP LFPAK ja QLPAK pakkaus
NXP (entinen Philps) on parantanut SO-8-pakkaustekniikkaa LFPAK:ksi ja QLPAK:ksi. Niistä LFPAK:ta pidetään maailman luotettavimpana SO-8-tehopaketina; QLPAK:lla on pieni koko ja korkeampi lämmönpoistotehokkuus. Verrattuna tavalliseen SO-8:aan, QLPAK vie piirilevyn pinta-alan 6*5mm ja sen lämpövastus on 1,5k/W.
NXP LFPAK -paketti
NXP QLPAK pakkaus
4. ST Semiconductor PowerSO-8 -paketti
STMicroelectronicsin power MOSFET -sirun pakkaustekniikoita ovat SO-8, PowerSO-8, PowerFLAT, DirectFET, PolarPAK jne. Power SO-8 on SO-8:n paranneltu versio. Lisäksi löytyy PowerSO-10, PowerSO-20, TO-220FP, H2PAK-2 ja muita paketteja.
STMicroelectronics Power SO-8 -paketti
5. Fairchild Semiconductor Power 56 -paketti
Power 56 on Farichildin yksinoikeusnimi, ja sen virallinen nimi on DFN5×6. Sen pakkauspinta-ala on verrattavissa yleisesti käytetyn TSOP-8:n vastaavaan ja ohut pakkaus säästää komponenttien välyskorkeutta ja Thermal-Pad-rakenne pohjassa vähentää lämpövastusta. Siksi monet teholaitteiden valmistajat ovat ottaneet käyttöön DFN5×6:n.
Fairchild Power 56 -paketti
6. International Rectifier (IR) Direct FET -paketti
Direct FET tarjoaa tehokkaan ylemmän jäähdytyksen SO-8 tai pienemmällä jalanjäljillä ja soveltuu AC-DC- ja DC-DC-virranmuunnossovelluksiin tietokoneissa, kannettavissa tietokoneissa, tietoliikenne- ja kulutuselektroniikkalaitteissa. DirectFETin metallitölkkirakenne tarjoaa kaksipuolisen lämmönpoiston, mikä kaksinkertaistaa tehokkaasti korkeataajuisten DC-DC-buck-muuntimien virrankäsittelyominaisuudet tavallisiin muovisiin erillispakkauksiin verrattuna. Direct FET -paketti on taaksepäin asennettava tyyppi, jossa tyhjennys (D) jäähdytyselementti on ylöspäin ja peitetty metallikuorella, jonka läpi lämpö haihtuu. Suora FET-pakkaus parantaa huomattavasti lämmönpoistoa ja vie vähemmän tilaa hyvällä lämmönpoistolla.
Tee yhteenveto
Tulevaisuudessa elektroniikkateollisuuden kehittyessä edelleen ultraohuen, miniatyrisoinnin, matalan jännitteen ja korkean virran suuntaan, MOSFETin ulkonäkö ja sisäinen pakkausrakenne muuttuvat myös sopeutumaan paremmin valmistuksen kehitystarpeisiin. teollisuus. Lisäksi elektroniikkavalmistajien valintakynnyksen alentamiseksi MOSFET-kehityksen trendi modularisoinnin ja järjestelmätason pakkaamisen suuntaan tulee yhä selvemmäksi ja tuotteita kehitetään koordinoidusti useista ulottuvuuksista, kuten suorituskyvystä ja hinnasta. . Paketti on yksi tärkeimmistä viitetekijöistä MOSFET-valinnassa. Eri elektroniikkatuotteilla on erilaiset sähkövaatimukset, ja erilaiset asennusympäristöt vaativat myös vastaavat kokovaatimukset. Varsinaisessa valinnassa päätös tulee tehdä todellisten tarpeiden mukaan yleisperiaatteen mukaisesti. Joitakin elektronisia järjestelmiä rajoittavat piirilevyn koko ja sisäkorkeus. Esimerkiksi viestintäjärjestelmien moduuliteholähteet käyttävät yleensä DFN5*6- ja DFN3*3-paketteja korkeusrajoitusten vuoksi; Joissakin ACDC-virtalähteissä erittäin ohuet mallit tai kuorirajoitusten vuoksi sopivat TO220-pakkattujen teho-MOSFETien kokoamiseen. Tällä hetkellä tapit voidaan työntää suoraan juureen, mikä ei sovellu TO247-pakatuille tuotteille; Jotkut erittäin ohuet mallit vaativat laitteen tappien taivuttamista ja tasoittamista, mikä lisää MOSFET-valinnan monimutkaisuutta.
Kuinka valita MOSFET
Eräs insinööri kertoi minulle kerran, ettei hän koskaan katsonut MOSFET-tietolomakkeen ensimmäistä sivua, koska "käytännölliset" tiedot ilmestyivät vain toisella sivulla ja sen jälkeen. Lähes jokaisella MOSFET-tietolomakkeen sivulla on arvokasta tietoa suunnittelijoille. Mutta ei ole aina selvää, kuinka valmistajien toimittamia tietoja tulkitaan.
Tässä artikkelissa hahmotellaan joitakin MOSFETien keskeisiä määrityksiä, kuinka ne on ilmoitettu tietolomakkeessa, ja selkeä kuva, jonka tarvitset niiden ymmärtämiseksi. Kuten useimmat elektroniset laitteet, MOSFETeihin vaikuttaa käyttölämpötila. Siksi on tärkeää ymmärtää testiolosuhteet, joissa mainittuja indikaattoreita sovelletaan. On myös tärkeää ymmärtää, ovatko "Tuotteen esittelyssä" näkemäsi indikaattorit "maksimi-" vai "tyypillisiä" arvoja, koska jotkin tietolomakkeet eivät tee sitä selväksi.
Jänniteluokka
Ensisijainen MOSFETin määrittävä ominaisuus on sen nielu-lähdejännite VDS eli "nyhjennyslähteen läpilyöntijännite", joka on suurin jännite, jonka MOSFET voi kestää ilman vaurioita, kun portti on oikosuljettu lähteeseen ja nieluvirtaan. on 250μA. . VDS:ää kutsutaan myös "absoluuttiseksi maksimijännitteeksi 25 °C:ssa", mutta on tärkeää muistaa, että tämä absoluuttinen jännite on lämpötilariippuvainen, ja tietolomakkeessa on yleensä "VDS-lämpötilakerroin". Sinun on myös ymmärrettävä, että maksimi VDS on tasajännite plus mahdolliset jännitepiikit ja aaltoilut, joita voi esiintyä piirissä. Jos esimerkiksi käytät 30 V laitetta 30 V virtalähteellä, jossa on 100 mV, 5 ns piikki, jännite ylittää laitteen absoluuttisen maksimirajan ja laite voi siirtyä lumivyörytilaan. Tässä tapauksessa MOSFETin luotettavuutta ei voida taata. Korkeissa lämpötiloissa lämpötilakerroin voi muuttaa merkittävästi läpilyöntijännitettä. Esimerkiksi joillakin N-kanavaisilla MOSFETeillä, joiden jännite on 600 V, on positiivinen lämpötilakerroin. Kun ne lähestyvät suurinta liitoslämpötilaansa, lämpötilakerroin saa nämä MOSFETit käyttäytymään kuin 650 V MOSFETit. Monet MOSFET-käyttäjien suunnittelusäännöt edellyttävät 10–20 prosentin vähennyskerrointa. Joissakin malleissa, kun otetaan huomioon, että todellinen läpilyöntijännite on 5–10 % suurempi kuin nimellisarvo 25 °C:ssa, vastaava hyödyllinen suunnittelumarginaali lisätään todelliseen suunnitteluun, mikä on erittäin hyödyllistä suunnittelulle. Yhtä tärkeää MOSFETien oikean valinnan kannalta on ymmärtää hilalähdejännitteen VGS rooli johtamisprosessin aikana. Tämä jännite on jännite, joka varmistaa MOSFETin täyden johtavuuden tietyssä maksimi-RDS(päällä) -tilassa. Tästä syystä päälle-vastus on aina suhteessa VGS-tasoon ja vain tällä jännitteellä laite voidaan kytkeä päälle. Tärkeä suunnittelun seuraus on, että MOSFETiä ei voi kytkeä täysin päälle jännitteellä, joka on pienempi kuin RDS(on)-luokituksen saavuttamiseen käytetty VGS-minimi. Jos esimerkiksi haluat kytkeä MOSFETin täysin päälle 3,3 V:n mikro-ohjaimella, sinun on kyettävä kytkemään MOSFET päälle VGS = 2,5 V:lla tai alhaisemmalla.
On-vastus, porttilataus ja "ansiot"
MOSFETin päällekytkentävastus määritetään aina yhdellä tai useammalla hila-lähdejännitteellä. RDS(on) enimmäisraja voi olla 20–50 % korkeampi kuin tyypillinen arvo. RDS(on) maksimiraja viittaa yleensä arvoon 25°C:n liitoslämpötilassa. Korkeammissa lämpötiloissa RDS(on) voi nousta 30 % - 150 %, kuten kuvassa 1 näkyy. Koska RDS(on) muuttuu lämpötilan mukaan ja minimiresistanssiarvoa ei voida taata, virran havaitseminen RDS(on):n perusteella ei ole erittäin tarkka menetelmä.
Kuva 1 RDS(on) kasvaa lämpötilan ollessa 30–150 % enimmäiskäyttölämpötilasta
On-resistanssi on erittäin tärkeä sekä N-kanavan että P-kanavan MOSFETeille. Hakkuriteholähteissä Qg on keskeinen valintakriteeri hakkuriteholähteissä käytettäville N-kanavaisille MOSFETeille, koska Qg vaikuttaa kytkentähäviöihin. Näillä häviöillä on kaksi vaikutusta: toinen on kytkentäaika, joka vaikuttaa MOSFETin päälle ja pois päältä; toinen on energia, joka tarvitaan hilakapasitanssin lataamiseen kunkin kytkentäprosessin aikana. Yksi asia on pidettävä mielessä, että Qg riippuu hilalähteen jännitteestä, vaikka alhaisemman Vgs:n käyttö vähentää kytkentähäviöitä. Nopeaa tapaa verrata kytkentäsovelluksiin tarkoitettuja MOSFET-laitteita suunnittelijat käyttävät usein yksittäistä kaavaa, joka koostuu RDS(on):sta johtavuushäviöille ja Qg:stä kytkentähäviöille: RDS(on)xQg. Tämä "ansioiden luku" (FOM) tekee yhteenvedon laitteen suorituskyvystä ja mahdollistaa MOSFET-laitteiden vertailun tyypillisten tai maksimiarvojen perusteella. Tarkan vertailun varmistamiseksi eri laitteiden välillä on varmistettava, että samaa VGS:ää käytetään RDS(on)- ja Qg:lle ja että tyypillisiä ja maksimiarvoja ei satu sekoittumaan julkaisussa. Alempi FOM antaa sinulle paremman suorituskyvyn sovellusten vaihtamisessa, mutta sitä ei taata. Parhaat vertailutulokset voidaan saada vain varsinaisessa piirissä, ja joissakin tapauksissa piiri saattaa olla tarpeen hienosäätää jokaiselle MOSFETille. Nimellisvirta ja tehohäviö, perustuen erilaisiin testiolosuhteisiin, useimpien MOSFETien datalehdissä on yksi tai useampi jatkuva nieluvirta. Sinun kannattaa tarkastella tietolehteä huolellisesti selvittääksesi, onko luokitus määritetyssä kotelon lämpötilassa (esim. TC=25 °C) vai ympäristön lämpötilassa (esim. TA=25 °C). Mikä näistä arvoista on olennaisin, riippuu laitteen ominaisuuksista ja sovelluksesta (katso kuva 2).
Kuva 2 Kaikki absoluuttiset maksimivirran ja tehon arvot ovat todellisia tietoja
Kädessä pidettävissä laitteissa käytettäville pienille pinta-asennuslaitteille merkityksellisin virtataso voi olla 70 °C:n ympäristön lämpötila. Suurissa laitteissa, joissa on jäähdytyslevyt ja pakotettu ilmajäähdytys, nykyinen taso TA=25℃ voi olla lähempänä todellista tilannetta. Joissakin laitteissa suulake pystyy käsittelemään enemmän virtaa suurimmassa liitoslämpötilassaan kuin pakkauksen rajoitukset. Joissakin tietolehdissä tämä "die-limited"-virtataso on lisätietoa "pakettirajoitettuun" virtatasoon, mikä voi antaa sinulle käsityksen suulakkeen kestävyydestä. Samanlaiset näkökohdat koskevat jatkuvaa tehohäviötä, joka ei riipu pelkästään lämpötilasta vaan myös ajasta. Kuvittele laite, joka toimii jatkuvasti PD=4W 10 sekunnin ajan TA=70 ℃. Se, mikä muodostaa "jatkuvan" ajanjakson, vaihtelee MOSFET-paketin mukaan, joten sinun kannattaa käyttää datataulukon normalisoitua lämpötransienttiimpedanssin kuvaajaa nähdäksesi, miltä tehohäviö näyttää 10 sekunnin, 100 sekunnin tai 10 minuutin kuluttua. . Kuten kuvasta 3 näkyy, tämän erikoislaitteen lämpövastuskerroin 10 sekunnin pulssin jälkeen on noin 0,33, mikä tarkoittaa, että kun pakkaus saavuttaa lämpökyllästyksen noin 10 minuutin kuluttua, laitteen lämmönpoistokyky on vain 1,33 W 4 W:n sijaan. . Vaikka laitteen lämmönpoistokyky voi saavuttaa noin 2W hyvällä jäähdytyksellä.
Kuva 3 MOSFETin lämpövastus tehopulssin aikana
Itse asiassa voimme jakaa MOSFET-valinnan neljään vaiheeseen.
Ensimmäinen vaihe: valitse N kanava tai P kanava
Ensimmäinen askel oikean laitteen valinnassa suunnitteluasi varten on päättää, käytetäänkö N- vai P-kanavaista MOSFETiä. Tyypillisessä tehosovelluksessa, kun MOSFET on kytketty maahan ja kuorma on kytketty verkkojännitteeseen, MOSFET muodostaa alemman puolen kytkimen. Alimman puolen kytkimessä tulee käyttää N-kanavaisia MOSFETejä laitteen sammuttamiseen tai käynnistämiseen tarvittavan jännitteen vuoksi. Kun MOSFET on kytketty väylään ja kuorma maahan, käytetään yläpuolen kytkintä. Tässä topologiassa käytetään yleensä P-kanavaisia MOSFETejä, mikä johtuu myös jännitekäyttönäkökohdista. Jotta voit valita sovelluksellesi oikean laitteen, sinun on määritettävä laitteen käyttämiseen tarvittava jännite ja helpoin tapa tehdä se suunnittelussasi. Seuraava vaihe on määrittää vaadittu jännite tai laitteen kestämä enimmäisjännite. Mitä korkeampi jänniteluokitus, sitä korkeampi on laitteen hinta. Käytännön kokemuksen mukaan nimellisjännitteen tulee olla suurempi kuin verkkojännite tai väyläjännite. Tämä tarjoaa riittävän suojan, jotta MOSFET ei epäonnistu. MOSFETiä valittaessa on määritettävä maksimijännite, joka voidaan sietää nielusta lähteeseen, eli suurin VDS. On tärkeää tietää, että MOSFETin suurin jännite kestää lämpötilan muutoksia. Suunnittelijoiden on testattava jännitteen vaihteluita koko käyttölämpötila-alueella. Nimellisjännitteellä on oltava tarpeeksi marginaalia kattamaan tämä vaihtelualue, jotta piiri ei katkea. Muita turvallisuustekijöitä, jotka suunnittelijoiden on otettava huomioon, ovat jännitetransientit, jotka aiheutuvat kytkentäelektroniikasta, kuten moottoreista tai muuntajista. Nimellisjännitteet vaihtelevat eri sovelluksissa; tyypillisesti 20V kannettaville laitteille, 20-30V FPGA-virtalähteille ja 450-600V 85-220VAC-sovelluksille.
Vaihe 2: Määritä nimellisvirta
Toinen vaihe on valita MOSFETin nykyinen luokitus. Piirin kokoonpanosta riippuen tämän nimellisvirran tulee olla suurin virta, jonka kuorma voi kestää kaikissa olosuhteissa. Jännitetilanteen tapaan suunnittelijan on varmistettava, että valittu MOSFET kestää tämän nimellisvirran, vaikka järjestelmä tuottaa virtapiikkejä. Kaksi tarkasteltua virtatilaa ovat jatkuva tila ja pulssipiikki. Jatkuvassa johtotilassa MOSFET on vakaassa tilassa, jossa virta kulkee jatkuvasti laitteen läpi. Pulssipiikki viittaa laitteen läpi virtaavaan suureen aaltoon (tai piikkivirtaan). Kun maksimivirta näissä olosuhteissa on määritetty, on vain valittava laite, joka pystyy käsittelemään tämän maksimivirran. Nimellisvirran valinnan jälkeen on myös laskettava johtavuushäviö. Todellisissa tilanteissa MOSFET ei ole ihanteellinen laite, koska johtumisprosessin aikana tapahtuu sähköenergian menetystä, jota kutsutaan johtavuushäviöksi. MOSFET käyttäytyy muuttuvana vastuksena ollessaan "päällä", mikä määräytyy laitteen RDS(ON) mukaan ja muuttuu merkittävästi lämpötilan mukaan. Laitteen tehohäviö voidaan laskea Iload2×RDS(ON) avulla. Koska päällekytkentävastus muuttuu lämpötilan mukaan, myös tehohäviö muuttuu suhteessa. Mitä korkeampi jännite VGS kytketään MOSFETiin, sitä pienempi RDS(ON) on; päinvastoin, mitä korkeampi RDS(ON) on. Järjestelmäsuunnittelijalle tässä on kompromissit järjestelmän jännitteen mukaan. Kannettavissa malleissa on helpompaa (ja yleisempää) käyttää pienempiä jännitteitä, kun taas teollisissa malleissa voidaan käyttää korkeampia jännitteitä. Huomaa, että RDS(ON)-resistanssi nousee hieman virran mukana. RDS(ON)-vastuksen eri sähköisten parametrien vaihtelut löytyvät valmistajan toimittamasta teknisestä tiedotteesta. Teknologialla on merkittävä vaikutus laitteen ominaisuuksiin, koska joillakin tekniikoilla on taipumus lisätä RDS(ON) -arvoa, kun VDS:n maksimiarvoa lisätään. Jos aiot vähentää VDS:ää ja RDS(ON) tällaista tekniikkaa varten, sinun on suurennettava sirun kokoa, mikä lisää vastaavan paketin kokoa ja siihen liittyviä kehityskustannuksia. Alalla on useita tekniikoita, jotka yrittävät hallita sirun koon kasvua, joista tärkeimmät ovat kanava- ja varaustasapainotekniikat. Kaivannon tekniikassa kiekkoon upotetaan syvä kaivanto, joka on yleensä varattu pienille jännitteille, vähentämään on-resistanssia RDS(ON). Maksimaalisen VDS:n vaikutuksen vähentämiseksi RDS(ON) -järjestelmään kehitettiin epitaksiaalinen kasvukolonni/etsauskolonniprosessi. Esimerkiksi Fairchild Semiconductor on kehittänyt SuperFET-nimisen teknologian, joka lisää valmistusvaiheita RDS(ON) vähentämiseen. Tämä keskittyminen RDS(ON):iin on tärkeä, koska standardin MOSFETin läpilyöntijännitteen kasvaessa RDS(ON) kasvaa eksponentiaalisesti ja johtaa suulakkeen koon kasvuun. SuperFET-prosessi muuttaa eksponentiaalisen suhteen RDS(ON) ja kiekon koon välillä lineaariseksi suhteeksi. Tällä tavalla SuperFET-laitteet voivat saavuttaa ihanteellisen alhaisen RDS(ON) -arvon pienissä muottikokoissa jopa 600 V:n läpilyöntijännitteillä. Tuloksena on, että kiekkojen kokoa voidaan pienentää jopa 35 %. Loppukäyttäjille tämä tarkoittaa merkittävää pakkauskoon pienenemistä.
Vaihe 3: Määritä lämpövaatimukset
Seuraava vaihe MOSFETin valinnassa on laskea järjestelmän lämpövaatimukset. Suunnittelijoiden on harkittava kahta erilaista skenaariota, pahin skenaario ja tosielämän skenaario. On suositeltavaa käyttää pahimman tapauksen laskentatulosta, koska tämä tulos antaa suuremman varmuusmarginaalin ja varmistaa, että järjestelmä ei epäonnistu. MOSFET-tietolomakkeessa on myös joitakin mittaustietoja, jotka vaativat huomiota; kuten pakatun laitteen puolijohdeliitoksen ja ympäristön välinen lämpövastus ja liitoksen maksimilämpötila. Laitteen liitoslämpötila on yhtä suuri kuin suurin ympäristön lämpötila plus lämpövastuksen ja tehohäviön tulo (liitoslämpötila = suurin ympäristön lämpötila + [lämpövastus × tehohäviö]). Tämän yhtälön mukaan voidaan ratkaista järjestelmän maksimitehohäviö, joka on määritelmän mukaan yhtä suuri kuin I2×RDS(ON). Koska suunnittelija on määrittänyt laitteen läpi kulkevan maksimivirran, RDS(ON) voidaan laskea eri lämpötiloissa. On syytä huomata, että yksinkertaisia lämpömalleja käsitellessään suunnittelijoiden on otettava huomioon myös puolijohdeliitoksen/laitteen kotelon ja kotelon/ympäristön lämpökapasiteetti; Tämä edellyttää, että piirilevy ja pakkaus eivät kuumene heti. Lumivyöryn rikkoutuminen tarkoittaa, että puolijohdelaitteen vastajännite ylittää maksimiarvon ja muodostaa voimakkaan sähkökentän lisäämään laitteen virtaa. Tämä virta haihduttaa tehoa, nostaa laitteen lämpötilaa ja mahdollisesti vahingoittaa laitetta. Puolijohdeyritykset tekevät laitteille lumivyörytestauksen, laskevat niiden lumivyöryjännitteen tai testaavat laitteen kestävyyttä. Nimellisvyöryjännitteen laskemiseen on kaksi menetelmää; toinen on tilastollinen menetelmä ja toinen lämpölaskenta. Lämpölaskentaa käytetään laajalti, koska se on käytännöllisempi. Monet yritykset ovat toimittaneet tietoja laitetestauksestaan. Esimerkiksi Fairchild Semiconductor tarjoaa "Power MOSFET Avalanche Guidelines" (Power MOSFET Avalanche Guidelines - voidaan ladata Fairchildin verkkosivustolta). Tietojenkäsittelyn lisäksi myös teknologialla on suuri vaikutus lumivyöryvaikutukseen. Esimerkiksi suulakkeen koon kasvu lisää lumivyöryn vastusta ja viime kädessä lisää laitteen kestävyyttä. Loppukäyttäjille tämä tarkoittaa suurempien pakettien käyttöä järjestelmässä.
Vaihe 4: Määritä kytkimen suorituskyky
Viimeinen vaihe MOSFETin valinnassa on määrittää MOSFETin kytkentäsuorituskyky. On monia parametreja, jotka vaikuttavat kytkentäsuorituskykyyn, mutta tärkeimmät ovat portti/tyhjennys, portti/lähde ja nielu/lähdekapasitanssi. Nämä kondensaattorit aiheuttavat kytkentähäviöitä laitteeseen, koska ne latautuvat joka kerta, kun ne kytketään. MOSFETin kytkentänopeus pienenee ja myös laitteen tehokkuus pienenee. Laitteen kokonaishäviöiden laskemiseksi kytkennän aikana suunnittelijan tulee laskea häviöt päällekytkennän (Eon) ja sammutuksen (Eoff) aikana. MOSFET-kytkimen kokonaisteho voidaan ilmaista seuraavalla yhtälöllä: Psw=(Eon+Eoff)×kytkentätaajuus. Portin varauksella (Qgd) on suurin vaikutus kytkentäsuorituskykyyn. Kytkentäsuorituskyvyn tärkeyden perusteella uusia teknologioita kehitetään jatkuvasti tämän kytkentäongelman ratkaisemiseksi. Sirun koon kasvattaminen lisää portin varausta; tämä lisää laitteen kokoa. Kytkentähäviöiden vähentämiseksi on ilmaantunut uusia teknologioita, kuten kanavan paksupohjainen hapetus, jolla pyritään vähentämään hilavarausta. Esimerkiksi uusi SuperFET-tekniikka voi minimoida johtavuushäviöt ja parantaa kytkentäsuorituskykyä vähentämällä RDS(ON)- ja porttivarausta (Qg). Tällä tavalla MOSFETit selviävät nopeista jännitetransienteista (dv/dt) ja virtatransienteista (di/dt) kytkennän aikana ja voivat jopa toimia luotettavasti korkeammilla kytkentätaajuuksilla.
Postitusaika: 23.10.2023
